自潤(rùn)滑涂層鍍鋅板的應(yīng)用性能研究

齊建群 孟凡月 孟根巴根 王浩宇 劉春波

（唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司）

0 前言

鍍鋅自潤(rùn)滑產(chǎn)品是指在原有鍍鋅板的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行涂層后處理，得到帶有潤(rùn)滑效果涂層的鍍鋅產(chǎn)品。鍍鋅板自潤(rùn)滑涂層具有良好的潤(rùn)滑性能，在變形處理過(guò)程中不再需要在鍍鋅板表面涂潤(rùn)滑油，板材成形后不需用洗滌劑去除其表面的油漬。潤(rùn)滑涂層不僅節(jié)省了除油劑的使用、除油的操作工序，還消除了除油劑對(duì)環(huán)境的污染。在節(jié)約成本的同時(shí)降低了對(duì)環(huán)境的破壞[1]。早在20 世紀(jì)80 年代日本就開(kāi)始進(jìn)行自潤(rùn)滑涂層鋼板的研究了，國(guó)內(nèi)對(duì)自潤(rùn)滑涂層鋼板的研發(fā)及應(yīng)用起步較晚，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)各大鋼廠紛紛開(kāi)始了試制工作[2]。河鋼唐鋼采用一步輥涂法成功開(kāi)發(fā)了性能優(yōu)良的自潤(rùn)滑鍍鋅產(chǎn)品，并對(duì)其動(dòng)摩擦系數(shù)、耐蝕性、耐黃變、耐濕熱、可涂裝性、焊接性能等多種性能進(jìn)行了檢測(cè)與研究，產(chǎn)品得到多家知名家電企業(yè)的認(rèn)可。

1 自潤(rùn)滑鍍鋅板性能測(cè)試

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為河鋼唐鋼生產(chǎn)的自潤(rùn)滑鍍鋅產(chǎn)品，采用一步法在線輥涂烘干工藝，直接在熱鍍鋅鋼板表面涂覆自潤(rùn)滑皮膜。通過(guò)重點(diǎn)控制并調(diào)整輥涂工藝，使產(chǎn)品的膜層厚度變得均一、穩(wěn)定，基板厚度為0.5 mm，膜層厚度為1.0～2.0 g/m2。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)定

采用摩擦試驗(yàn)機(jī)對(duì)鍍鋅板自潤(rùn)滑涂層進(jìn)行摩擦系數(shù)的測(cè)定（如圖1 所示），采集動(dòng)摩擦系數(shù)譜線。摩擦系數(shù)越小，涂層的潤(rùn)滑性越好。每塊樣板選取2 個(gè)點(diǎn)，測(cè)試過(guò)程中針頭在樣品表面往復(fù)運(yùn)動(dòng)（周期數(shù)）100 次。

圖1 自潤(rùn)滑產(chǎn)品表面動(dòng)摩擦系數(shù)的測(cè)定

1.2.2 耐中性鹽霧腐蝕性能測(cè)定

參照GB/T10125—1997《人造氣氛腐蝕試驗(yàn)鹽霧試驗(yàn)》對(duì)平板樣品進(jìn)行中性鹽霧(NSS)試驗(yàn)，腐蝕介質(zhì)采用 5%的NaCl 溶液，采用連續(xù)噴霧的方式。在試驗(yàn)過(guò)程中觀察拍照時(shí)，從鹽霧箱中取出試樣板，立刻用去離子水沖洗表面殘留的氯化鈉溶液，并檢查涂有涂層的鍍鋅板表面的腐蝕面積占整個(gè)試驗(yàn)面積的百分比，來(lái)評(píng)價(jià)涂層的耐鹽霧性。

除平板樣品的中性鹽霧(NSS)試驗(yàn)外，還可以對(duì)平板樣品進(jìn)行8 mm 杯突加工后，再進(jìn)行48 h 的中性鹽霧(NSS)試驗(yàn)，以評(píng)測(cè)杯突部的白銹面積；另外，還有對(duì)平板樣品表面進(jìn)行劃刻加工后，再進(jìn)行72 h 的中性鹽霧(NSS)試驗(yàn)，以評(píng)測(cè)劃線擴(kuò)蝕寬度。通過(guò)以上三種試驗(yàn)方法可以對(duì)自潤(rùn)滑產(chǎn)品進(jìn)行綜合耐蝕性評(píng)定。

1.2.3 耐熱黃變性的測(cè)定

鍍鋅板自潤(rùn)滑涂層耐熱性的測(cè)定是在進(jìn)行耐熱性試驗(yàn)前用精密色差儀測(cè)量自潤(rùn)滑涂層表面的色度坐標(biāo) L，A，B 值。放入 200 ℃恒溫鼓風(fēng)干燥箱，放置20 min，取出自潤(rùn)滑涂層試樣,冷卻，測(cè)量自潤(rùn)滑涂層表面的色度坐標(biāo) L’，A’，B’值。根據(jù)公式計(jì)算出色差值△E 的變化。根據(jù)△E 判斷涂層的耐熱性，△E 越小，涂層的耐熱性越好。每個(gè)試樣各測(cè)三個(gè)，取三個(gè)平行試樣中△E 的最大值為試驗(yàn)結(jié)果。按照《GB/T 1766—2008 色漆和清漆涂層老化的評(píng)級(jí)方法》評(píng)價(jià)涂層變色等級(jí)。

1.2.4 耐濕熱性的測(cè)定

測(cè)試方法：在進(jìn)行耐濕熱性試驗(yàn)前用精密色差儀測(cè)量自潤(rùn)滑涂層表面的色度坐標(biāo)L，A，B 值。分單片和疊片兩種排列方式，將自潤(rùn)滑涂層試樣放入 50 ℃，濕度為95%的高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱120 h，然后取出自潤(rùn)滑涂層試樣冷卻，測(cè)量自潤(rùn)滑涂層表面的色度坐標(biāo) L’，A’，B’值。由公式算出色差值△E 的變化。根據(jù)△E 值判斷涂層的耐濕熱性，△E 越小，涂層的耐濕熱性越好。由《GB/T 1766—2008 色漆和清漆涂層老化的評(píng)級(jí)方法》評(píng)價(jià)涂層變色等級(jí)。

1.2.5 涂裝性的測(cè)定

在成膜后的鍍鋅板上涂裝聚酯粉末，之后采用百格法進(jìn)行測(cè)試。涂裝工藝：脫脂→水洗→烘干→靜電噴涂→烘干→冷卻，膜厚100～120 μm。

1.2.6 點(diǎn)焊焊接性能測(cè)試

按照全球通用電阻點(diǎn)焊標(biāo)準(zhǔn)GWS-5A，找出最優(yōu)的焊接工藝參數(shù)，對(duì)材料進(jìn)行點(diǎn)焊試驗(yàn)，并進(jìn)行徑向力和軸向力測(cè)試。具體點(diǎn)焊焊接工藝見(jiàn)表1。

表1 自潤(rùn)滑點(diǎn)焊焊接工藝

2 結(jié)果與分析

2.1 涂層動(dòng)摩擦系數(shù)

動(dòng)摩擦系數(shù)是鋼板沖壓成形時(shí)的重要特性，較低的動(dòng)摩擦系數(shù)能夠有效提高鋼板的成形能力，減少?zèng)_壓時(shí)模具與鋼板之間的擦傷與劃傷，改善沖壓后的外觀。涂層動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 自潤(rùn)滑板動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)

從表2 可以看出，自潤(rùn)滑樣板動(dòng)摩擦系數(shù)與膜厚無(wú)線性相關(guān)性，自潤(rùn)滑樣板的動(dòng)摩擦系數(shù)初值一般在0.066～0.090 之間，磨破次數(shù)均在100次以上，表明潤(rùn)滑性能良好，而普通熱浸鍍鋅板的動(dòng)摩擦系數(shù)初值在0.154 左右，磨破次數(shù)約70 次。動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)定譜線如圖2 所示。

圖2 動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)定譜線對(duì)比

2.2 涂層耐蝕性

中性鹽霧(NSS)試驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4 所示。

從圖3 可以看出，72 h 與96 h 鹽霧試驗(yàn)后均無(wú)白銹出現(xiàn)，120 h 鹽霧試驗(yàn)之后，自潤(rùn)滑樣品表面的白銹面積占比最高約為1%。三種時(shí)間條件下的鹽霧試驗(yàn)均無(wú)紅銹生成，滿足主流家電廠對(duì)于鹽霧試驗(yàn)的評(píng)價(jià)要求。

圖3 自潤(rùn)滑樣品耐中性鹽霧的不同階段形貌

從圖4 可以看出，8 mm 杯突后再經(jīng)過(guò)48 h 的中性鹽霧試驗(yàn)，樣品表面無(wú)白銹出現(xiàn)；劃叉后再經(jīng)過(guò)72 h 的中性鹽霧試驗(yàn)，樣品單邊銹蝕寬度約為1.5～4 mm，滿足主流家電廠要求的單邊銹蝕寬度≤5 mm 的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 自潤(rùn)滑樣品杯突與劃叉后耐中性鹽霧形貌

2.3 涂層耐熱黃變性

涂層的耐熱黃變性測(cè)試結(jié)果如圖5 所示。

圖5 自潤(rùn)滑樣品耐熱黃變性測(cè)試形貌

涂層的耐熱黃變性是指涂層放置在一定的溫度環(huán)境中，其表面顏色變化情況、膜發(fā)生脫落情況、所需要的機(jī)械性能和其他保護(hù)性能發(fā)生變化情況，耐熱性越好，變化越小。本次試驗(yàn)主要考量試樣的表面顏色變化，由圖5 可知，經(jīng)過(guò)高溫烘烤后，肉眼觀察熱鍍鋅自潤(rùn)滑板表面沒(méi)有明顯色差出現(xiàn)，經(jīng)色差儀測(cè)量與計(jì)算，表面總色差值ΔE 均在1以下，最大值為0.73，耐熱黃變性能優(yōu)良。

2.4 涂層耐濕熱性

涂層的耐濕熱性測(cè)試結(jié)果如圖6 所示。經(jīng)過(guò)測(cè)定計(jì)算，自潤(rùn)滑樣品的△E 值均在3 以下，色差的最大值為2.53，涂層變色等級(jí)為1 級(jí)，變色程度為很輕微變色。鍍鋅板自潤(rùn)滑涂層的耐濕熱性能良好。

圖6 自潤(rùn)滑樣品耐濕熱性測(cè)試形貌

2.5 涂層可涂裝性

在成膜后的鍍鋅板上涂裝聚酯粉末，之后采用百格法進(jìn)行測(cè)試，用3M 膠帶粘附后，涂層殘留100%，如圖7 所示。

圖7 自潤(rùn)滑樣品涂裝百格法測(cè)試結(jié)果（殘留100%）

涂裝匹配性測(cè)試結(jié)果顯示，測(cè)試樣品1 與測(cè)試樣品2 的熱鍍鋅自潤(rùn)滑板表面所形成的涂層的附著力較好，經(jīng)劃格粘附后，沒(méi)有涂層脫落現(xiàn)象發(fā)生，這說(shuō)明自潤(rùn)滑膜與聚酯粉末噴涂工藝具有良好的匹配性。

2.6 涂層點(diǎn)焊可焊接性

唐鋼0.5 mm 厚度的自潤(rùn)滑涂層鍍鋅樣板點(diǎn)焊力學(xué)強(qiáng)度值見(jiàn)表3。表3 中列出了3 個(gè)試樣的徑向拉力和軸向拉力，均較大，可以滿足用戶的使用要求。焊接試樣的外觀如圖8 所示。徑向與軸向拉伸的斷裂形式均為母材撕裂，無(wú)界面斷裂形式，斷裂裂紋向焊點(diǎn)兩側(cè)的邊際擴(kuò)張延伸，在點(diǎn)焊接頭處剝離開(kāi)母材，屬于典型的母材撕裂，熔核直徑大于4 √t 的要求，點(diǎn)焊焊接性良好。

圖8 焊接試樣外觀

表3 試樣點(diǎn)焊力學(xué)強(qiáng)度值

3 結(jié)語(yǔ)

河鋼唐鋼自潤(rùn)滑鍍鋅板產(chǎn)品集多種優(yōu)良性能于一體，動(dòng)摩擦系數(shù)、耐蝕性、耐黃變、耐濕熱、可涂裝性、焊接性能等各項(xiàng)性能指標(biāo)均能達(dá)到國(guó)內(nèi)主流家電廠的標(biāo)準(zhǔn)，尤其具有高耐蝕性、高耐熱黃變的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)多家主流家電廠應(yīng)用，均獲得了良好的效果。